[发明专利]制备高体积分数Si颗粒增强铝基复合材料的粉末冶金工艺

说明书

本发明涉及复合材料领域，具体为一种制备高体积分数（40‑80%）铝基复合材料的粉末冶金工艺，该工艺适用于Si颗粒增强铝基复合材料，对混合后的粉末在高温（500‑800 ^oC）高压（≥100 MPa）下进行热压烧结，可获得致密的力学性能良好的高体积分数（40‑80%）Si颗粒增强铝基复合材料，可以获得均匀致密的微观组织，在复合材料中没有明显的颗粒偏聚区域和孔洞存在，颗粒增强体的体积分数可高达80％，解决现有技术中粉末冶金方法制备的高体积分数颗粒增强铝基复合材料很难满足实际需求等问题，适用于高体积分数Si颗粒增强铝基复合材料的低成本、高效率的制备。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体为一种制备高体积分数（50-80%）Si颗粒铝基复合材料的粉末冶金工艺，该工艺适用于颗粒增强铝基复合材料。

背景技术

高体积分数（≥40%）铝基复合材料具有高弹性模量、高热导率、低密度的优点，可以满足先进电子构件的轻量化、低成本化及高功率密度、高可靠性、长寿命设计要求，在微波集成电路、大功率模块、微处理器盖板、高亮度发光二极管、功率混合电路、微波管的载体、多芯片组件的热沉和超大功率模块等领域得到广泛应用。Kovar（高镍钢）合金被用作支撑微电子器件的基座，这种选择主要是因为材料的热膨胀系数低，但其密度高，导电性差。而颗粒增强铝基复合材料展现了其热膨胀系数低和导热率好的优异性能。高体分硅铝复合材料能够保持硅和铝各自的优异性能，并且硅、铝的含量相当丰富，硅粉的制备技术成熟，成本低廉，同时这种材料对环境没有污染，对人体无害。高硅铝合金材料将成为一种具有广阔前景的电子封装材料，特别是在航空航天等空间技术领域。

目前，制备高体积分数颗粒增强铝基复合材料的方法主要有浸渗法、铸造法和粉末冶金法。浸渗法的工艺是将增强体制成预制坯，然后在渗透气氛中，浇注金属液，利用金属液的自重力和表面张力或者压力，使其渗透到预制坯中，凝固后即成复合材料。其优点是复合材料成本低，缺点是工艺复杂、加工量大。 采用铸造制备高硅铝合金时，由于加压时结晶可以促进初晶硅细化，同时进行致密化，因此铸造技术是一种具有潜在应用前景的金属加工工艺。然而，挤压铸造技术存在生产规模小，挤压铸件质量不稳定等缺点。

粉末冶金法的工艺是将颗粒与铝粉按比例均匀混合，经过压制、烧结等一系列步骤后制成复合材料，或采用热等静压方法制成复合材料。其优点是颗粒加入量可调，能准确控制体积分数，制造温度较低，所制得的复合材料具有较好的力学性能。然而，目前粉末冶金法制备的铝基复合材料的颗粒体积分数难以超过55%。当颗粒体积分数超过55%时，复合材料致密度降低，很难热压烧结成型，因此粉末冶金方法制备的高体积分数颗粒增强铝基复合材料很难满足实际需求。影响粉末冶金制备高体积分数颗粒增强铝基复合材料成型的主要因素是，常规粉末冶金法使用的热压温度和压力较低，热压温度一般均低于600 ^oC，即热压在固相区或有少量液相存在的两相区进行。当温度过低时，基体合金很难产生塑性流动，以填充孔隙，同时由于Si颗粒体积分数较高，硬质相Si颗粒很难产生变形或者移动而填充孔隙。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种制备高体积分数（40-80%）铝基复合材料的粉末冶金工艺，该工艺通过提高热压温度和压力制备出致密的高体积分数铝基复合材料。本发明解决现有技术中粉末冶金方法制备的高体积分数颗粒增强铝基复合材料很难满足实际需求等问题，适用于高体积分数颗粒增强铝基复合材料的低成本、高效率的制备。

为了实现上述目的，本发明的具体技术方案为：

一种制备高体积分数Si颗粒增强铝基复合材料的粉末冶金工艺，包括以下步骤：即在高温高压下对混合粉末进行热压烧结，热压工艺参数为：热压温度为500-800 ^oC，保温时间为≥5 min，热压压力为≥100 MPa，热压时间为≥5 s。